Смазочная добавка для буровых растворов

Смазочная добавка для буровых растворов

Реферат

Изобретение относится к бурению нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин, а именно к смазочным добавкам для обработки буровых растворов, в том числе утяжеленных.

Известно применение в качестве смазочной добавки к буровым растворам смеси [1], состоящей из следующих компонентов, мас.%:

Жирные кислоты синтетические и/или
природные с С7
и выше	20-85%
Низшие одноатомные спирты с С2-5,
полиэтиленгликоли,
полипропиленгликоли	10-40
Неорганические основания и их смеси
в качестве нейтрализующего агента	1-8
Азотсодержащие органические основания и их смеси	0,1-20
Вода	Остальное

Указанный состав малотоксичен, улучшает смазочные свойства бурового раствора (коэффициент трения пары "металл-металл"). Однако буровой раствор, обработанный вышеуказанной композицией, имеет низкие значения антиприхватных (антифрикционных) свойств буровых растворов (высокие значения коэффициента потенциального прихвата - Кп пары "металл - глинистая корка").

Известно применение в качестве смазочной добавки к буровым растворам состава [2], содержащего (мас.%):

Жирные кислоты с числом углеродных атомов от 16 до 18,
оксиэтилированные 6-12 молями окиси этилена,	15-40
Жирные кислоты с числом углеродных атомов от 14 до 24	50-80
Нейтрализующий агент	3-6
Вода	Остальное

Однако известный состав, наряду с высокими показателями смазочных свойств бурового раствора (пара "металл - металл"), обладает недостаточно высокими антиприхватными свойствами на границе пары "металл-глинистая корка").

Наиболее близким аналогом является смазочная добавка к буровым растворам, содержащая мас.% [3]:

Жирные кислоты триглицеридов с числом
углеродных атомов от 14 до 24	50-80
Нейтрализующий агент	3-6
Замещенные аммонийные соли жирных кислот
с числом углеродных атомов от 10 до 26	5-40
Вода	Остальное

Однако данный состав обладает повышенными пенообразующими свойствами и имеет невысокие значения показателей смазочных свойств в утяжеленных буровых растворах. Указанный состав при применении в буровых растворах требует дополнительной обработки раствора пеногасителями.

Технической задачей предлагаемого изобретения является сохранение высоких показателей смазочных и антиприхватных свойств в утяжеленных буровых растворах и одновременно понижение пенообразующей способности.

Поставленная задача достигается тем, что смазочная добавка для буровых растворов, содержащая жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24, замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26, нейтрализующий агент и воду, дополнительно содержит олигоорганоалкоксисилоксан, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Жирные кислоты триглицеридов
с числом углеродных атомов от 14 до 24	60-70
Нейтрализующий агент	2-4
Замещенные аммонийные соли жирных кислот
с числом углеродных атомов от 10 до 26	4-26
Олигоорганоалкоксисилоксан	5-25
Вода	Остальное

Олигоорганоалкоксисилоксан представляет собой жидкий полимер из группы олигомерных веществ, применяемых в различных областях промышленности в качестве жидких рабочих сред для различных приборов и механизмов, дисперсионных сред, теплоносителей, разделительных жидкостей и антивспенивателей.

В совокупности с ингредиентами заявляемой смазочной добавки олигоорганоалкоксисилоксан проявил, наряду с известными свойствами, антивспенивающими и смазочными, новое свойство - повышение антиприхватного действия буровых растворов, в том числе утяжеленных, чем и решает поставленную задачу.

Составы заявленной смазочной добавки (примеры 2-5), запредельных и аналога (примеры 1, 6, 7) приведены в таблице 1.

Технологические показатели вышеуказанных смазочных добавок по примерам 1-7 приведены в таблице 2.

Заявленную смазочную добавку получают следующим образом.

В реактор загружают натуральную жиромассу, содержащую жирные кислоты триглицеридов, нагревают, например, до 40-50°С, затем в реактор добавляют расчетное количество нейтрализующего агента (КОН или другой) для частичной нейтрализации свободных кислот, воду. Массу перемешивают в течение 45-90 минут. В процессе перемешивания вводят расчетное количество замещенных аммонийных солей жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26, доводят температуру до 60-70°С и перемешивают в течение 1,5-2,0 часов. К готовому продукту добавляют олигоорганоалкоксисилоксан в количестве 5-25 мас.%, перемешивают в течение 15-30 минут. Готовый продукт сливают в тару.

Пример №1 (таблица 1, состав №4): для приготовления 1 л смазочной добавки берут 700 г натуральной жиромассы, содержащей жирные кислоты триглицеридов, и нагревают до 40-50°С, затем вносят 40 г КОН, 60 г воды. Массу перемешивают в течение 60 мин на лабораторной мешалке. В процессе перемешивания вводят 50 г замещенных аммонийных солей жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26. Смесь нагревают до 60-70°С и перемешивают на лабораторной мешалке 2,0 часа. К готовому продукту добавляют олигоорганоалкоксисилоксан в количестве 150 г, перемешивают в течение 30 минут. Готовый продукт используют для дальнейших исследований. Аналогично готовят и другие составы, приведенные в таблице 1.

Для оценки эффективности предлагаемой смазочной добавки в лабораторных условиях проведены исследования технологических свойств растворов на стандартных приборах в соответствии с методикой контроля параметров буровых растворов РД 39-22-645-81.

Смазочные свойства определяли по коэффициенту трения (Ктр) пары "металл-металл" на приборе фирмы NL Baroid (США) в соответствии с международным стандартом. API R13B (при нагрузке 1,03 МПа, 60 об/мин).

Таблица 1.
Составы смазочных добавок
№ образца	Жирные кислот триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24	Нейтрализующий агент	Замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26	Вода	Олигоорганоалкоксисилоксан
1	55	5	33	4	3
2	60	4	26	5	5
3	65	2	18	8	7
4	70	4	5	6	15
5	63	3	4	5	25
6	62	3	3	5	27
7	75	5	10	10	-

Таблица 2.
Технологические показатели смазочных добавок по примерам 1-7
№ образца	Содержание смазочных добавок в утяжеленном БР*	1,0% водный раствор смазочной добавки, ΔКтр	П, см3	В, %	Тзамера, °С
ΔКп	ΔКтр
1,0%	2,0%	1,0%	2,0%
1	37,0	50,2	40,5	50,0	72,0	10	5	22
2	49,8	64,1	41,0	58,2	74,5	0	0	22
3	54,2	65,0	43,1	67,0	80,5	0	0	22
4	61,3	66,4	59,6	74,5	82,0	0	0	22
5	60,2	65,2	54,5	70,2	76,4	0	0	22
6	52,3	54,2	46,0	62,0	64,8	0	0	22
7	27,0	35,1	50,0	58,0	78,0	30	15	22
*) - Модельный глинистый буровой раствор содержит (мас.%) бентопорошок ПБМВ 10, КМЦ 85/600 0,2, барит 17 и воду остальное.

Снижение коэффициента трения водных растворов смазочной добавки вычисляли по формуле:

где К _трд.в. - коэффициент трения дистиллированной воды;

K_трi - коэффициент трения водных растворов смазочной добавки различной концентрации.

Для буровых растворов ΔК_тр вычисляли аналогично, замеряя коэффициент трения исходного раствора и раствора со смазочной добавкой.

Пенообразующая способность образцов смазочных добавок оценивалась на 1% водных растворах, перемешанных в течение 3 мин при 9500-11000 об/мин. Пенообразующая активность (П, см³) определялась как разность между объемами вспененного раствора после 3 мин отстаивания (V_p) и объемом исходного раствора (200 см³) по формуле: П=V_p-200 см³. Вспениваемость (В, %) водного раствора рассчитывали по формуле

Антиприхватные свойства определяли по коэффициенту потенциального прихвата (Кп) пары "металл - глинистая корка" на приборе Sticking Tester фирмы NL Baroid (США) при давлении 3,34 МПа. Снижение коэффициента дифференциального прихвата труб определяли на приборе Sticking Tester OFI (США) по формуле:

где К_п0 - коэффициент дифференциального прихвата исходного глинистого раствора, K_п1 - коэффициент дифференциального прихвата глинистого раствора, содержащего смазочную добавку.

Сравнительные испытания образцов показали высокую эффективность введения олигоорганоалкоксисилоксанов в рекомендуемых концентрациях (табл.1, 2).Составы сохраняют высокий уровень смазочных свойств водных растворов - ΔК_тр изменяется от 74,5 до 82,0%. Снижение коэффициента трения утяжеленных растворов составляет 41,0-54,5% при одном проценте в составе и 58,2-74,5% при двух процентах. Антиприхватные свойства утяжеленных буровых растворов улучшены в 1,9-2,3 раза по сравнению с известными смазочными добавками, величина снижения ΔК_п для которых составляет 27,0 и 35,1 в концентрации 1 и 2% соответственно. Предлагаемая смазочная добавка, сохраняя высокие показатели смазочных и антиприхватных свойств, одновременно снижает до нуля пенообразующую способность, что очень важно для применения смазочных добавок при бурении.

Источники информации

1. Патент РФ №2163617, С 09 К 7/02, 2001.

2. Патент РФ №2106382, С 04 К 7/02, 1998.

3. Патент РФ №2230769, С 04 К 7/02, 2002.

Смазочная добавка для буровых растворов, содержащая жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных атомов от 14 до 24, нейтрализующий агент, замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом углеродных атомов от 10 до 26 и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит олигоорганоалкоксисилоксан при следующем соотношении компонентов, мас.%

Жирные кислоты триглицеридов с числом углеродных
атомов от 14 до 24	60-70
Нейтрализующий агент	2-4
Замещенные аммонийные соли жирных кислот с числом
углеродных атомов от 10 до 26	4-26
Олигоорганоалкоксисилоксан	5-25
Вода	Остальное